TW426642B - Wastewater treatment method and plant thereof - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4, 26 6 4- 2 A7 ---—--B7____ 五、發明說明（1 ) 本發明係指一種廢水處理方法及其裝置。 此處所稱「廢水」包括下水道污水及其它任何受污染 的水。是以，所稱處理工場可用來處理各式各樣廢水，包 括都市廢水與工業廢水。 本發明之目的即在於使廢水回收再利用。 本發明尤其適用，但並非專供用於所謂的「用水開採 (water-mining)」工場之廢水處理。然而，本發明亦可用 於當作「管線末端（end of p丨pe)」設施。 所稱「用水開採」係指一種與習用處理截然不同的廢 水處理法。傳統上’是從廢水源以網狀系統將廢水輸送到 遠處「管線末端」的處理場，再於該處加以處理和分離成 若干副產品。 其中一種副產品便是適於灌慨、工業用或其它用途的 水。然而，由於網狀系統的成本很高，因而很少將這種處 理過的水回流到其來源處。 「用水開採」法係運用一種小型「社區」現場專用式 工場，以供對這社區所產生的廢水，能在處理後從中「開 採」有用的水’再由生產這廢水的社區重新利用。這種回 收水或許可供飲用，或只適於非飲用目的。 應瞭解的是，用水開採法可減低用水輸往社區之網狀 系統以及廢水運離社區之網狀結構的需求。 因而有人想將許多小型「社區」處理場的作業與「管 線末端」處理場結合。在此情況下，小型「社區」處理場 便不需具有處理大量固體物的能力。反之’對於該等小型 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） ----- I I I I I l· in — — — — — — — — — —--線 ί猜先閱靖背面之泼意事項再填寫本頁} 426642 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（2 ) 「社區」不易處理或清除的固韙物或其它任何成分，便可 轉給「管線末端」處理場處理。或者，這社區處理場本身 便可能是個「管線末端」處理場。 是以’「用水開採」法的本質就是從廢水起源處或其 附近開採有用的水。除了能將水回收再利用外，這種方法 還能減低網狀系統的負荷與「管線末端」處理場的負荷。 雖然「用水開採」法具有工場密集之性質，但應瞭解 的是，與廢水處理系統有關的鉅額資本費用，多半在於網 狀系統。 如前所述的「社區」處理場，最好是屬於精巧、維護 少、暢通無阻、可遙控、且實質無臭味。最好它可以模組 化，因而幾乎不需備置場址。 習用的現代化廢水處理系統’通常均牵涉到某種形式 的生物硝化及脫氮過程，以便清除廢水中的氨。 在硝化階段’氨會與氧起反應，據以產出氮氧化物， 尤其是硝酸鹽。而在脫氮階段’氮氧化物則會被分解成無 氧的組成元素。 習用廢水處理系統的規模大’因此不能應付適於用水 開採之處理場的需求。 本發明的其中一方面是指一種廢水處理方法，包括： 在加壓條件下以生物方式處理廢水；接著 減壓並運用這減壓而以溶解氣體浮離方式實質清除 固體物。 利用乳的尚分壓可加速完成這種生物處理，而隨後的 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） ----I ,裝！—訂 i· — ! — — -線 ..V (請先閱讚背面之注意事項再填寫木頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 減壓則可發揮增效作用而對經過生物處理的水予以澄 清。 該方法最好包括： 進一步減壓並運用這進一步減壓來驅動一個過濾和/ 或消毒處理過程。 這種加壓生物處理最好包括： 在加壓條件下添加氧並以生物方式將廢水ΐ肖化，以便 實質消除氨。 另外，這種加壓生物處理最好還包括： 在加壓條件下以生物方式將廢水去氧，以便實質消除 溶氧；以及 在加壓條件下以生物方式使去氧廢水脫氤，以便實質 消除可溶氧化氮。 或者’這種加壓生物處理得為完全需氧式，以便只清 除化學需氧量。 該方法最好另包括： 使一部份的硝化廢水再循環，以便與廢水混合並進一 步在加壓條件下進行生物處理。 在所舉的較佳實施例中，這種生物處理是發生於一具 流化床生物反應器中。 本發明的另一方面是指一種廢水處理工場，包括： 加壓生物處理裝置；以及 可供接收經該加壓生物處理裝置處理過之廢水的減 壓裝置’該減壓裝置構成一具溶解氣體浮離裝置，以供澄 ------------^ ----1訂- I — I — 丨-線-I (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 五、發明說明（4 ；) 清經處理的水》 該工場最好另包括進一步減壓裝置，且這進一步減壓 裝置是具過濾器 前述加壓生物處理裝置包括可在加壓條件下以生物 方式將廢水硝化以便實質消除氨的硝化裝置，以及把氧添 加到硝化裝置内的加氧裝置。 另外’這加壓生物處理裝置最好還包括： 在加壓條件下以生物方式將廢水去氧以便實質消除 溶氧的去氧裝置；以及 以加壓條件下以生物方式將去氧廢水脫氮以便實質 消除可溶氧化氮的脫氮裝置。 或者，這種加壓生物處理得為完全需氧性，以便只清 除化學需氧量。 在所舉的較佳實施例中，這工場尚包括： 可將第一部份硝化廢水予以再循環的再循環裝置^ 硕化裝置最好是種流化床反應器。 減壓裝置最好是種緩衝櫃。 或者，本案夺可進一步包括第三重處理裝置，將第二 部份硝化廢水予以進一步減壓而為進—步處理^ — ^本發明的又一方面是指一種現場專用廢水處理工 場，包括： 可供接收某一現場送來之廢水的進口裝置； 以生物方式將廢水去氧，以便實質消除溶氧的去氧裝

本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格⑵〇 X 297公爱） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42664 2 A7 _______B7___ 五、發明說明（5 ) 以生物方式將去氧廢水脫氮，以便實質消除可溶氧化 氮的脫氮裝置； 可供添加氧的加氧裝置，以及在加壓條件下利用生物 方式將脫氮廢水予以硝化，以便實質消除氨的硝化裝置； 至少將一部份硝化廢水的壓力予以減低，以便利用溶 解空氣浮離方式將固體物清除的減壓裝置；以及 將經過處理的廢水送回該現場的出口裝置。 本發明的再一方面是指一種廢水處理工場，包括： .可將廢水與再循環硝化廢水混合的混合裝置； 以生物方式將廢水及再循環硝化廢水之混合水去 氧’以便實質消除溶氧的去氧裝置； 以生物方式將去氧廢水脫氮，以便實質消除可溶氧化 氮的脫氮裝置； 可供添加氧的加氧裝置，以及在加壓條件下利用生物 方式將脫氮廢水予以硝化，以便實質消除氨的硝化裝置； 可將一部份硝化廢水予以再循環到混合裝置中的再 循環裝置；以及 可將另一部份硝化廢水的壓力予以減低，以便利用溶 解空氣浮離方式將固體物清除的減壓裝置。 茲舉實施例並配合圖式，將本發明詳細說明於後，其 中： ' 圖式簡單說明： 圖1是本發明所述廢水處理方法及工場用於城市環境 之示意圖。 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮)^

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426642 經濟部智竑財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 ) 為能徹底着出本發明具創意的部份，另列入標明為 「模組1」的初級處理，以及「模組3」的三次處理。 初級處理牽涉到以習用方式吸取廢水和進行初級處 理過程（例如沉澱、篩濾等）。然後將初級處理過的廢水以 泵浦抽送到「模組2 J進行二次處理。 三次處理牽涉到以顆粒床或臈片過濾之類習用方式 所進行的過濾，以及消毒。過濾器則可利用流回到廢水總 管的反流予以定期回洗。 現請參閱「模組2」有關本發明之較佳實施例，其包 括三具加壓生物反應器12，14’ 16和一具屬於緩衝櫃形 式的減麼裝置18。此處應瞭解的是，生物反應器的數量不 受限制，且無需全都加壓。 從「模組1」經過初級處理而流出的廢水流4〇，先與 再循環的硝化廢水流42相互混合，形成混合水流44後再 送入去氧裝置12内。該去氧裝置12係採用流化床生物反 應器的形式，在0到1 〇〇〇 kpa之間的壓力條件下操作’但 最好是在500 kpa的壓力。 廢水在系統内各點的溫度，可由加熱裝置22控制。雖 然如圖所示的加熱裝置22係採用感應線圈的形式，但其它 形式亦可採用’例如加熱反應器水套，並可設在系統中的 任一點或若干點。 將混合水流44送到去氧裝置12時，該處即以生物處 理方式讓溶氧與混合水流44脫離，致使出水水流46中的 溶氧量有效變為零。相對於混合水流44，這廢水的生化需 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------lull i I 1 ! ^- I n I I I I I ^ i (清先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) /1 2 A7 B7 五、發明說明（7 ) 氧量也跟著降低，但氨和可溶氡化氮的量實質上郤維持不 變。可溶氧化氮主要是硝酸鹽，但可能也有一些亞硝酸 鹽。 接著將出水水流46引入脫氮裝置14内，該脫氮裝置 14係採用流化床生物反應器的形式，也在〇到1〇〇〇 kpa之 間的壓力條件下操作，但最好是在500 kpa的壓力。 去氡和脫氮作用可用同一反應器進行（參閱反應器12 和14之間所延伸的虛線）。 脫氮裝置14係以生物處理方式將可溶氧化氮（主要是 硝酸鹽）變成氣體氮，屆時除了其中一些會流到濁氣處理 處20外，大部份均會留在溶液裡。 相對於水流46’出水水流48的可溶氧化氮和溶氧含 量實質為零，反之生化需氧量郤只微量減低，而氨含量則 實質維持不變。 接著將出水水流48送入硝化裝置16内，該硝化裝置 16係採用流化床生物反應器的形式，壓力維持在〇到彳〇〇〇 kpa之間，但最好是維持500 kpa的壓力。然後把壓縮空氣 30形式的氧注入硝化裝置内。由於硝化裝置的高壓，導入 的空氣大部份會被溶解。當然，亦可使用純氧β 确化裝置16將氨變成可溶氧化氮，致使出水水流50 的氦和生化需氧量實質為零，反之可溶氡化氮及溶氧含量 則跟著提升。屆時未溶解的氣體可流到濁氣處理2〇處。 這時出水水流50會被分成再循環水流42和另一股準 備送往属於緩衝櫃形式之減壓裝置]8處的水流52。 10 本紙浪用Τ闯固豕铩準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） f請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) ----訂---------镇' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 426642 五、發明說明（8 ) 於24這地方添加化學添加劑，即可把水流52令的填 除掉。 將再循環之廢水的比例加以控制，即可達到所欲的性 能。水流40與水流42之比預計是在1 : 1到1 : 2之間。 以0-200 kpa之間（最好是1〇〇 kpa)的壓力來操作減壓 裝置18,水流中大量的溶解氣體即可從溶液中釋出。因 此’減壓裝置在流體上方具有加壓氣體空間。由於減壓會 使溶解的空氣流動’據以除去固體物。也就是說，形成氣 泡黏結到固體物上，使該等固體物升到減壓裝置的頂部， 再將其除去並送回到廢水總管處。減壓裝置18係採用習知 緩衝櫃的形式，使其能在三次過濾器進行回洗期間與各種 水流變化配合。 從減壓裝置18流出的水流54，會再經由一控制閥28 而流出並接受三次處理過程。 由於減壓裝置18是在1〇〇 kpa的壓力條件下操作。因 此’可用進一步減低的壓力來驅動三次處理過程（過濾）。 例如’過濾的下游側可以是大氣壓力。等過濾後，再將處 理過的廢水予以消毒及儲存，以備使用。 以下所舉者僅係以水流40和水流42比為1 : 1之基礎 而提出的實施例。實際的比與實際的數值可能會有所差 異。 註：所有的測量均以每公升毫克為單位β (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^----1---------- 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 11 42664 2 A7 一.. B7 i、發明說明（9 水流40之組分 水流42之組分 水流44之組分 水流46之組分 水流48之組分 水流50之組分 氨 30 0 15 15 15 0 硝酸鹽生化需氧量溶氧量 0 16 7.5 7.5 0 15 150 10 80 60 50 10 0 40 20 0 0 40 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 按照這較佳實施例所提出之處理過程，若與習用廢水 處理過程比較，其優點在於壓力和溫度二者均予控制，因 而有助於達到最佳化的處理效果。此外，除了能獲得高品 質的廢水放流水’也能減少滯留時間，同時發揮增進氮化 作用和改良除磷能力的特點。再者，由於有機含量低，因 而也能大幅降低淤泥的產量。尤有進者容器内的污染物可 被送往濁氣處理處’並實質消除了其所產生的臭味^ 滞留時間的減低，尚品質的廢水放流水，無需回洗即 可增進除掉固體物的能力，有機含量少而使淤泥產量大幅 降低，以及良好的臭味控制效果等，在在都是商業化考量 的重要因素。 與習用的處理系統比較，本發明所需的構造小許多’ 因而可供應用在都市和選定的工業環境中，尤其是在那些 講究空間或美學的環境。此外，構造較小也易於模組化， 因而減低了備置場址的需求。 此較佳實施例的一項特點便是採用流化床作為生物 反應器。流化床是運用小顆粒的媒質以供在其上建立生物 12 本紙張尺度適用中_家標準（CNS>A4規格（2*ϊ。x 297公楚〉 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) - -I ;... '*¥_1------1 fc _ 426642 A7 B7 五、發明說明（10 ) 量（bioiiiass)。因為基床上存有數千個離散的粒子，所以 生物量的有效濃度可以達到極高的程度。當廢水流過這基 床時’廢水本身的流速或借助需氧系統中的空氣，均會使 這基床流體化。基床的流體化能使廢水跟作為媒質的生物 量產生非常良好的接觸。此外’流化床的耐磨蝕性質也能 抑制阻塞性的生長，故易於按照所需而在顆粒媒質上形成 薄薄的生物膜。 維持控制生物膜的厚度是重要的。就這方面而言，如 果未檢查生物膜的生長情形’顆粒媒質粒子的尺寸即會增 加，因而使粒子所受的阻力跟著增加。於是，粒子基床便 會過度流體化，使基床擴大而從反應器溢流出來。 本發明之實施例係採用二次和三次生物膜控制來控 制生物膜的生長。二次生物膜控制所採用的形式是能將過 度生物膜生產從粒子上敲除的氣體（最好是空氣）沖洗，三 次生物膜控制則可以葉輪泵浦。使能引導粒子，並在讓等 粒子回流之前先以機械方式將其磨蝕。 流化床之生物量的濃度’據估計約為濃度固定生長反 應器或懸浮生長系統之濃度的十倍。因此，可達到高出許 多的體積負載。 本發明這項較佳實施例的另一個特點便是採用加壓 反應器來增進生物活性，尤其是硝化作用。（硝化作用是 將氨變成可溶氧化氤，反之脫氮作用則是將可溶氧化氮變 成氣體氮）。如前所示，相較於在大氣壓力條件下的運作， 生物膜右在加壓環境下運作，硝化速率約增加2 5到3倍。 13 本紙張尺μ财關家標準（cNS)xrg^r297公楚 (諳先閲讀背面之it意事項再填寫本頁) Μ---- 訂---------線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 426642 五、發明說明（11 ) 設計用於硝化作用的生物反應器，（因可溶有機碳污染物 的原故），已知其尺寸通常是以硝化作用的要求，而非以 生化需氧量去除設備加以控制，這概念在反應器的尺寸決 定上具有重要的含意《此外，反應器的加壓作用也可能會 因加壓系統裡能達到較高的氧化程度，以致有助於去除那 些較不易生物分解的可溶有機物（例如表面活性劑）。 在加壓條件下何以能增進硝化作用的理由，很可能是 因硝化有機體的生長率取決於溶氧濃度。氧的飽和濃度則 依靠氧在周圍環境中的絕對分壓。對一具可讓空氣流通的 反應器加壓時’氧的絕對分壓即增加，從而提升溶氧的徵 和濃度。在五大氣壓力時’最高溶氧濃度約為每·公升50 毫克’此為一大氣壓力時的五倍。 生物反應器系統經加壓而運作時，將會具有一種固有 的增效優點，其令在進行諸如膜片微過濾這類三次處理過 程之前先行跟著減壓的減壓反應器（減壓裝置卜實際上將 會發揮如同溶解空氣浮離裝置的性能。生物反應系統處於 尚壓時在廢水流中的氧氣和氮氣（及其它任何氣體），等壓 力一減低’便會從溶液中跑出。在進行諸如臈片微過濾這 類三次處理過程之前，這這效果是種能將廢水予以澄清並 去除固體物的極佳方法，應能減輕該等過程的固體物負 載，因而進一步增進了性能。減壓反應器保留適當的壓 力’也具有能驅動三次處理過程的利益。 溫度對微生物活性的影響已為人熟知，但只能選擇性 的應用在習用廢水應用用途。然而’為使處理過程的性能 (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) j - - ... I :裝！ —訂·！-線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14

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五、發明說明（12 ) 員 製 達到最佳化效果，控制溫度的利益是個重要因素。 具有某些控溫性能的加壓操作式生物反應器之構 造，可顯著減小該等生物反應器的尺寸。此外’因為這系 統在處理過程中所需的氣流率原本較小，所以從這處理過 程中產生臭味的可能性也較低，故跟習用的處理過程，例 如曝氣生物過濾器相比’所產生可能帶有異味的臭氣量便 會減少。另因在較高操作壓力條件下能達到較高的氧傳遞 率，所以這處理過程所需的空氣也較小。再者，如前所述， 處理過程中存於加壓反應器裡的污染物，更能在受控 下通到濁氣處理處。 本發明採用流化床反應器的一項優點’便是不需回 洗，因而大量節省了儲存體積和提升生產能力。就這方面 而言，不同於其它系統，流化床並不當作過濾器，因此不 需為了清除積聚物而加以回洗。 本發明這項較佳實施例的性能亦可隨著再循環量的 變化而改變。就此而言，水流4〇和水流42之比是氮清除 程度的重要決定因素。 ’ 以上配合圖式所舉之實施例，僅用以說明本發明，並 非用以限制本發明。舉凡不違本發明精神所從事之修改或 變更’俱屬本發明申請專利範圍" 圖式元件標號說明： 模組（1) 1加熱器 22混合水流44 模組（2) 2化學添加劑24 Α水水流46 模組（3) 3控制閥 26出水水流48 15 本紙張尺度適ifit國家標準（CNS)A4規格⑵G χ挪 ΙΊ _ — — — — — — — t - 11 (諳先閱請背面之泛意事項再填寫本頁) A7 426642 _B7 五、發明說明（13 ) 去氧裝置 12 控制閥 28 出水水流 50 脫氧裝置 14 壓縮空氣 30 水流 52 硝化裝置 16 循環幫浦 32 水流 54 減壓裝置 18 廢水流 40 濁氣處理處 20 廢水流 42 ------------裝-----III 訂---------0 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 1·一種廢水處理方法，包括： (1)在加塵條件下以生物方式處理廢水； 在加壓條件下添加氧並以生物方式將廢水碗化，以便 實質消除氨： (2>在加壓條件下以生物方式將廢水去氧，以便實質 消除溶氧；及 在加壓條件下以生物方式使去氧廢水脫氮，以便實質 消除可溶氧化氮； (3) 然後減壓至超大氣壓力，並運用這減壓而以溶解 氣體浮離方式實質清除固體物：以及 (4) 進一步減壓並運用這進一步減壓來驅動—個過濾 和/或消毒處理過程。 2.如申請專利範圍第1項之方法，另包括： 使一部份的硝化廢水再循環，以便與廢水混合並進一 步在加壓條件下進行生物處理。 3·如申請專利範圍第1項之方法，其中所述之生物處 理是發生於一具流化床生物反應器中。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述之生物硝 化作用是發生於一具流化床生物反應器中。 5. —種廢水處理裝置，包括： (1) 加壓生物處理裝置，可在加壓條件下以生物方式 將廢水硝化以便實質消除氨的硝化裝置，以及把氧添加到 硝化裝置内的加氧裝置； (2) 在加壓條件下以生物方式將廢水去氧以便實質消 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (諝先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 6 6 4 2 || __ D8 六、申請專利範圍 除溶氧的去氧裝置；及 在加壓條件下以生物方式將去氧廢水脫氮以便實質 消除可溶氧化氮的脫氮裝置； (3) 可供接收經該加壓生物處理裝置處理過之廢水至 超大氣壓力的減壓裝置，該減壓裝置構成一具溶解氣體浮 離裝置，以供澄清經處理的水；以及 (4) 另包括進一步減壓的三次處理裝置，以便進一步 處理第二部份的硝化廢水。 6·如申請專利範圍第5項之裝置，另包括： 可將第一部份硝化廢水予以再循環的再循環裝置。 7. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中所述之硝化裝 置是一種流化床反應器。 8. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中所述之減壓裝 置是一種緩衝榧。 9·一種廢水處理裝置，包括： (1) 可將廢水與再循環硝化廢水混合的混合裝置； (2) 以生物方式將廢水及再循環硝化廢水之混合水去 氡’以便實質消除溶氧的去氧裝置； (3) 以生物方式將去氡廢水脫氮，以便實質消除可溶 氧化氮的脫氮裝置； (4) 可供添加氧的加氧裝置，以及在加壓條件下利用 生物方式將脫氮廢水予以硝化，以便實質消除氨的硝化裝 置； (5) 可將一部份硝化廢水予以再循環到混合裝置中的 18 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（21G X 297公楚) (锖先閱绩背面之注f項再填寫本頁) ----訂----------線 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 AS BS 42664 2 g88 六、申請專利範圍 再循環裝置；以及 (6>可將另一部份硝化廢水的壓力予以減低至超大氣 壓力，以便利用溶解空氣浮離方式將固體物清除的減壓裝 置。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 襄 Μδ_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 19 本紙張尺度適用中國國家標Γ準（CNS)A0見格（210 X 297公釐）